一种时栅直线位移传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种时栅直线位移传感器，包括定尺和动尺，定尺由定尺基体和布置于定尺基体上、下部的两个相同且相互平行的传感单元组成，传感单元包括激励线圈和感应线圈。激励线圈由多个正绕平面矩形螺旋激励线圈和多个反绕平面矩形螺旋激励线圈沿测量方向依次交错排列构成，激励线圈能产生按正弦规律变化的磁场。感应线圈由多个正绕感应线圈和多个反绕感应线圈沿测量方向依次交错排列构成。动尺与定尺沿测量方向发生相对运动，传感单元内串联的感应线圈共同输出幅值恒定的感应信号，将该感应信号与激励信号进行鉴相处理、高频时钟脉冲插补，经换算后得到直线位移。其能在不增加刻线精密度的情况下，将时栅直线位移传感器的分辨力提高一倍。
【专利说明】一种时栅直线位移传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于精密测量传感器【技术领域】，具体涉及一种时栅直线位移传感器。
【背景技术】
[0002]直线位移测量是最基本的几何量测量，精密直线位移测量主要采用直线位移传感器，如光栅、磁栅、容栅等等，它们通过对按空间均分的栅线进行计数得到位移量。其共同特点是利用栅线的空间超精密刻线来满足微小位移的分辨力要求，而为了再进一步提高分辨力，只能依靠复杂的电子细分，从而使系统结构复杂，成本居高不下，且抗干扰能力差，极易受到污染。
[0003]近年来出现了一种以时钟脉冲作为测量基准的时栅直线位移传感器，能不依赖空间精密刻线实现高分辨力位移测量。时栅直线位移传感器主要基于电磁感应原理，其分辨力除取决于插补时钟脉冲的空间当量外，还与该传感器的周期性节距正比，比如CN102359753A公开的一种直线位移传感器，当其插补时钟脉冲的空间当量达到一定极限后，要想再进一步提高其分辨力，只能通过进一步增加该传感器的周期性节距或者复杂的电子细分来实现，其成本高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种时栅直线位移传感器，以在不增加刻线精密度或者传感器的周期性节距的情况下，将时栅直线位移传感器的分辨力提高一倍。
[0005]本发明所述的时栅直线位移传感器，包括定尺和动尺，所述定尺由定尺基体和设置在定尺基体上、下部的两个相同且相互平行的传感单元组成，传感单元包括激励线圈和感应线圈。
[0006]所述激励线圈由尺寸、匝数均相同的多个正绕平面矩形螺旋激励线圈和多个反绕平面矩形螺旋激励线圈沿测量方向(相当于动尺的运动方向)依次交错排列构成，正绕平面矩形螺旋激励线圈与反绕平面矩形螺旋激励线圈首尾相接，相互对称，且正绕平面矩形螺旋激励线圈的最外匝与反绕平面矩形螺旋激励线圈的最外匝沿测量方向的间距小于等于
0.1mm (该间距越小越好，最大不超过0.1mm)，相邻两个正绕平面矩形螺旋激励线圈的中心距为一个极距，用W表示；在测量方向上，每个正绕平面矩形螺旋激励线圈由内到外的第m
匝线圈到其中心的距离Clm应满足
【权利要求】
1.一种时栅直线位移传感器，包括定尺(I)和动尺(2)，其特征在于: 所述定尺(I)由定尺基体和设置在定尺基体上、下部的两个相同且相互平行的传感单元组成，传感单元包括激励线圈(11)和感应线圈(12)； 所述激励线圈(11)由尺寸、匝数均相同的多个正绕平面矩形螺旋激励线圈(111)和多个反绕平面矩形螺旋激励线圈(112)沿测量方向依次交错排列构成，正绕平面矩形螺旋激励线圈与反绕平面矩形螺旋激励线圈首尾相接，相互对称，且正绕平面矩形螺旋激励线圈的最外匝与反绕平面矩形螺旋激励线圈的最外匝沿测量方向的间距小于等于0.1mm，相邻两个正绕平面矩形螺旋激励线圈的中心距为一个极距，用W表示，在测量方向上，每个正绕平面矩形螺旋激励线圈由内到外的第m匝线圈到其中心的距离Clm应满足:dm，其中，I ^ η, η为该正绕平面矩形螺旋激励线圈的总匝数； 所述感应线圈(12)由多个正绕感应线圈(121)和多个反绕感应线圈(122)沿测量方向依次交错排列构成，正绕感应线圈和反绕感应线圈的形状、尺寸和匝数均相同，所述正绕感应线圈和反绕感应线圈都采用“8”字形绕法，由沿幅值相同、周期等于W、初相角分别为O和^的两条正弦曲线的过零点绕出，初相角为O的正弦曲线的正半周和初相角为π的正弦曲线的负半周构成所述正绕感应线圈(121)，初相角为O的正弦曲线的负半周和初相角为π的正弦曲线的正半周构成所述反绕感应线圈(122);布置于定尺基体上部的传感单元的感应线圈与布置于定尺基体下部的传感单元的感应线圈串联； 所述激励线圈(11)与感应线圈(12)在垂直于定尺基体的方向上正对平行，在测量方向上，正绕平面矩形螺旋激励线圈的中心与正绕感应线圈的中心间隔在垂直于测量方向上，正绕平面矩形螺旋激励线圈最内匝的高度大于正绕感应线圈的高度； 所述动尺(2)由动尺基体和嵌于动尺基体上、下部的两个相同且相互平行的导磁单元组成，导磁单元由一个长方体状的导磁体(21)构成或者由多个相同的长方体状的导磁体(21)等间距排列构成，在由多个所述导磁体(21)构成的导磁单元中，相邻两个导磁体的中
w w心距等于W ;在沿测量方向上，每个导磁体的宽度b应满足:O < 6 < Y或者Y < 6 F，在垂直于测量方向上，每个导磁体的高度应大于正绕感应线圈的高度； 所述动尺(2)的两个导磁单元与所述定尺(I)的两个传感单元在垂直于定尺基体的方向上正对平行放置，且留有间隙，两个导磁单元内的导磁体(21)与两个传感单元内的激励线圈(11)的位置应满足:当其中一个导磁单元的导磁体的中心与一个传感单元的正绕平面矩形螺旋激励线圈的中心在沿测量方向重合时，另一个导磁单元的导磁体的中心与另一个传感单元的正绕平面矩形螺旋激励线圈的中心沿测量方向间隔I;
O 定尺(I)的两个传感单元的激励线圈分别连接两相对称激励电流，在各自激励以及导磁体的作用下，当动尺(2)与定尺(I)沿测量方向发生相对运动时，传感单元内串联的感应线圈共同输出幅值恒定的感应信号，将该感应信号与激励信号进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动尺相对定尺的直线位移。
2.根据权利要求1所述的时栅直线位移传感器，其特征在于:布置于定尺基体上部的传感单元的起始位置与布置于定尺基体下部的传感单元的起始位置相I V嵌于动尺基体上部的导磁单元内的导磁体的起始位置与嵌于动尺基体下部的导磁单元内的导磁体的起始位置对齐。
3.根据权利要求1所述的时栅直线位移传感器，其特征在于:布置于定尺基体上部的传感单元的起始位置与布置于定尺基体下部的传感单元的起始位置对齐，嵌于动尺基体上部的导磁单元内的导磁体的起始位置与嵌于动尺基体下部的导磁单元内的导磁体的起始
位置相差W/8。
4.根据权利要求1或2或9所述的时栅直线位移传感器，其特征在于:所述导磁体(21)在测量方向上的宽度b等于W/4或者3W/4。
5.根据权利要求4所述的时栅直线位移传感器，其特征在于:所述导磁单元由两个相同的长方体状的导磁体(21)等间距排列构成。
【文档编号】G01B7/02GK103644834SQ201310717524
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】鲁进, 彭东林, 陈锡侯, 武亮, 汤其富, 孙世政 申请人:重庆理工大学